電動汽車充電設施互聯互通關鍵技術研究

摘 要：闡述了電動汽車充電基礎設施發展存在的問題，從設計和開發電動汽車充電樁智能管理系統、構建電動汽車充電服務一體化平臺、探索電動汽車充電基礎設施的運營模式、加強電動汽車充電一體化安全預警防護等不同角度，探討了電動汽車充電設施互聯互通關鍵技術的應用情況，對于加速推進電動汽車產業發展和促進充電基礎設施長效運轉具有重要意義。

關鍵詞：電動汽車;充電基礎設施;互聯互通;關鍵技術

0 引言

電動汽車基本實現了零排放，是“以電代油”戰略實施的重要舉措，對于提高我國能源安全、應對氣候變化、改善環境起著重要作用。本文重點探討電動汽車充電基礎設施的統籌規劃與實施，從不同角度分析電動汽車充電基礎設施應用的互聯互通關鍵技術，以更好地減少汽車尾氣排放，優化能源結構，實現綠色可持續發展。

1 電動汽車充電基礎設施概述

電動汽車是以車載電源為驅動的交通工具，采用以整車充電的集中充電方式，電動汽車的充電基礎設施根據充電樁連接電源電流和功率的不同，分為直流快充和交流慢充兩種模式?！蛾P于加快電動汽車充電基礎設施建設的指導意見》（國辦發〔2015〕73號）中提出，到2020年，基本建成適度超前、車樁相隨、智能高效的充電基礎設施體系，形成統一開放、競爭有序的“互聯網+充電基礎設施”產業生態體系，實現不同充電服務平臺的互聯互通，提高電動汽車充電設施的通用性和開放性。

2 電動汽車充電基礎設施發展存在的問題

2.1? 充電基礎設施建設難度大

盡管當前的電動汽車充電基礎設施建設有良好的政策支持，然而因新能源汽車推廣使用不足、成本高等問題，導致充電基礎設施建設的難度較大，并牽涉土地、配電網支撐等建設問題，極大地制約了充電基礎設施的推廣和完善。

2.2? ? 老舊居民小區內充電樁的安裝難度大

部分老舊居民小區內因其配電網容量有限，難以進行合理的車位所有權分配，因而加大了小區內充電樁的安裝難度，導致電動汽車充電基礎設施建設滯后。

2.3? ? 電動汽車使用效率偏低

電動汽車充電網絡尚未充分互聯互通，導致出現“有車無處充電，有站無人問津”的現象。車主在尋找充電樁、支付過程中面臨困擾，充電的便捷性極大地影響了消費者購買新能源汽車的欲望。另外，燃油車占位、充電設施缺乏系統的維護和有效的管理，均導致充電樁利用率低下，增加了新能源汽車消費者的使用負擔。

2.4? ? 充電時間問題

充電時間一直是影響消費者購買新能源汽車的關鍵因素之一。隨著電動汽車續航里程的不斷提升以及動力電池技術的快速發展，依然沒能徹底緩解廣大消費者的里程焦慮，其根本原因在于充電時間而非續航里程，新能源汽車動輒30 min以上的快充時間，相比傳統燃油車顯得尤為不便。

2.5? ? 尚未形成成熟的充電服務商業模式

當前還缺乏統一完善的智能充電服務平臺，各充電運營商之間缺乏良好的信息互聯和互通，導致充電設施利用率極低，有待探索更加成熟完善的充電服務商業模式。

2.6? ? 充電安全問題

電動汽車充電安全隱患不僅在于電池本身，還在于充電環節存在安全隱患，如：電動汽車BMS、充電模塊、充電槍、充電樁監控平臺等，均會引發電動汽車充電安全問題。近年來充電安全事故時有發生，如何進一步提高充電設施的安全性仍是世界各國研究和關注的焦點。

3 電動汽車充電基礎設施互聯互通關鍵技術應用分析

3.1? ? 設計和開發電動汽車充電樁智能管理系統

針對當前充電樁系統不健全、功能不完善、用戶體驗差、利用率低等問題，要引入物聯網技術、Android技術，設計和應用電動汽車充電樁智能管理系統，提出基于HTTP和MQTT通信協議的系統通信功能設計方案，實現電動汽車充電樁的智能化管理，包括設備監控管理、調度管理、運營分析及其他增值服務，為消費者提供良好的人機交互體驗，為用戶提供智能化服務。

系統服務器端主要包括以下模塊：（1）登陸模塊。通過服務器端實現相關的所有業務。（2）人員管理模塊。通過該模塊實現對系統所有用戶的信息管理。（3）設備監控管理模塊。該部分是系統的核心和關鍵，由服務器端獲取客戶端主動上報的充電數據信息，并對上報數據進行分析，控制充電電流、電壓的輸出，實現對充電狀態的遠程控制。（4）調度管理模塊。該模塊在檢測到電動汽車用戶的充電請求時，獲悉其位置信息、電動汽車剩余電量信息、充電樁狀態信息，運用相關算法進行計算和分析，形成多種調度方案，下發至用戶的移動智能終端，向用戶提供可選擇的充電策略，實現充電樁的智能化調度和管理。（5）運營分析管理模塊。該模塊主要實現對訂單的管理和數據的分析，計算獲悉充電次數、充電電量、總收益等。

系統客戶端則基于客戶端用戶的需求，實現以下模塊的設計和應用：（1）數據主動上報模塊。這是系統的核心功能模塊，主要實現數據采集和數據上報，實現服務器對設備的實時在線監控。（2）充電狀態控制模塊。該模塊包括視圖驅動和狀態控制，由視圖驅動實現對視圖的判斷和改變，由狀態控制實現對充電數據、服務器控制數據的狀態控制。（3）動態計費模塊。該模塊主要實現費用的實時計算，由充電開始時間直至結束時間的電量計費，通過充電樁屏幕和移動智能終端同步顯示計費賬單詳情。

3.2? ? 構建電動汽車充電服務一體化平臺

基于電動汽車充電服務的實際需求，合理規劃布局電動汽車充電基礎設施，確保公共區域內有足夠的充電樁數量，實現對充電基礎設施的二次優化規劃擴建，實現對充電樁位置、使用信息的監控與管理，推進充電樁的共享使用，提高充電樁的利用效率。同時，在構建電動汽車充電服務一體化平臺的過程中，要考慮電池續航能力的限制性因素，進行充電樁地理定位和導航，實現充電樁信息的充分共享，快速準確獲悉充電樁的位置、類型、狀態等信息。同時，在電動汽車充電服務一體化平臺的應用中，還要采用共享柜模塊，包括電控鎖、傳感器等裝置，實現對柜門電控鎖的鎖合，確保柜門正確關閉，確認汽車充電專用配件的歸還情況。

3.3? ? 探索電動汽車充電基礎設施的運營模式

為了推廣新能源汽車的應用，提升民眾對新能源汽車的體驗感和認同度，要構建新能源汽車分時租賃一體化運營體系，在政府支持下打造電動汽車分時租賃站點，以政務公車出行為切入點，為公務出行提供專享分時租賃服務，并面向民眾開放分時租賃的用車體驗服務，緩解交通擁堵、停車難等問題，并與景區合作，為旅游人群提供短程自駕游玩的出行方案。同時，還要嚴格分時租賃公司的準入標準，優先選取續航時程長、可靠性高、質保期長的新能源汽車，并加強新能源汽車分時租賃運營模式的運營保障，加強相關部門的協調和配合，優先對其發放相關專用許可證，給予適當補貼和用地指標支持，并提供及時、快捷、高效的故障響應服務，形成城市多層次公共交通體系。

3.4? ? 加強電動汽車充電一體化安全預警防護

在新能源電動汽車規?；l展進程中，還要關注電動汽車充電一體化安全預警和防護，要構建電動汽車充電一體化安全預警防護體系，從電動汽車充電安全相關的動力電池、充電設備、配電網三個層面入手，分析影響電動汽車充電安全的相關因素，如：對負荷特征的影響、對電氣設備的影響、對電能質量的影響、對系統三相不平衡的影響等，并提出電動汽車充電一體安全預警防護指標評價體系，相關指標包括：電池累計故障次數、電池SOH、電池組電壓極差、BMS響應率、充電設備累計故障次數、充電輸出過壓率、電壓水平波動率、配電臺變累計故障次數、臺變功率越限率等，采用基于灰色關聯度法及其改進方法，實現對動力電池、充電設備、配電臺變的實時預警和防護。

4 結語

綜上所述，隨著電動汽車的規模化發展，電動汽車充電基礎設施建設成為關注焦點，要做好電動汽車充電基礎設施的規劃布局，進行充電站選址的合理布局和設置，并采用電動汽車充電樁智能化管理技術和系統，實現電動汽車充電站的“無人值守”，更好地優化調度管理策略，實現電動汽車充電基礎設施的智能化調度，以其便捷、快速的操作提高用戶的充電體驗，并探索電動汽車充電基礎設施的運營模式，完善電動汽車充電基礎設施的安全預警和防護，形成完善、系統、安全的充電網絡，利用電網和“互聯網+”資源實現充電基礎設施的互聯互通。

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收稿日期：2019-12-12

作者簡介：余靜（1982—），女，安徽桐城人，工程師，從事新能源汽車充電設施方面的研究工作。